新型低壓電動機綜合保護裝置原理與實現(xiàn)

王勇 季一莉

摘 要：本文從低壓電動機面臨的問題出發(fā)，介紹了一種新型低壓電機的保護裝置的原理、軟硬件實現(xiàn)、抗干擾措施等。該裝置具有全面的功能和可靠的性能，采用模塊化系統(tǒng)，方便現(xiàn)場的維護和使用，能夠有效地保護低壓電動機。

關(guān)鍵詞：低壓電動機保護；原理和實現(xiàn)；抗干擾

0 引言

低壓電動機廣泛應(yīng)用于諸多工業(yè)領(lǐng)域的380V系統(tǒng)中，生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量以及安全生產(chǎn)都與電動機的穩(wěn)定運行息息相關(guān)。隨著工業(yè)水平的提高，電動機的安全可靠性也亟待提高。目前，我國低壓電動機主要靠電磁繼電器保護，其功能也只是過流保護和熱過載保護。但是卻存在保護功能有局限性、保護的調(diào)試、監(jiān)測較為困難、保護不夠智能化、自動化水平差等問題，不能滿足企業(yè)管理和運行的需要。本文將簡述BDM-100型低壓電動機保護裝置的設(shè)計原理、運行性能及其保護功能等，并說明裝置軟件和硬件的設(shè)計及實現(xiàn)。

1 保護功能和原理

BDM-100型的保護裝置具有強大的控制功能和保護功能，可以完成各種型號的低壓電動機的需求，主要保護功能包括：啟動時間過長保護、斷相保護、堵轉(zhuǎn)保護、零序過電流保護、三相電流不平衡保護、低電壓再啟動等。

1.1 啟動時間過長保護

電動機啟動時會產(chǎn)生很大的啟動電流，如果持續(xù)時間過長，將會使得電動機發(fā)熱或燒毀，所以啟動時間過長保護是必須配置的，這個裝置可以根據(jù)啟動曲線判斷啟動過程狀態(tài)，從而起到保護電機的作用。

1.2 斷相保護

三相電源系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，未發(fā)生故障的部分電流升高，更大的負序電流會通過定子回路，電機內(nèi)部升溫，引起繞組升溫。所以，如果出現(xiàn)斷相要及時切除，其保護原理為：當(dāng)電機處于常態(tài)時，若監(jiān)測到某相電流IF小于設(shè)定值Id1，其余兩相INF都大于設(shè)定電流Id2時，則是發(fā)生斷相故障，判斷依據(jù)為：

1.3 堵轉(zhuǎn)保護

所謂堵轉(zhuǎn)即電動機的轉(zhuǎn)子被卡住不能轉(zhuǎn)動，電動機在堵轉(zhuǎn)和啟動時的發(fā)熱狀況非常相似，會產(chǎn)生很大的堵轉(zhuǎn)電流，產(chǎn)生大量的熱；同時，由于電動機轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致電動機的內(nèi)部溫度比正常情況下更高，一定要盡快解除由于堵轉(zhuǎn)所引發(fā)的高溫狀態(tài)。在電動機正常運行時，如果發(fā)現(xiàn)電流超過額定電流Ie的Nr倍，則判斷有堵轉(zhuǎn)發(fā)生，經(jīng)過延時Tr后，進行堵轉(zhuǎn)保護。判據(jù)為：

1.4 零序過電流保護

我國380 V 系統(tǒng)多為中性點直接接地系統(tǒng)，如果出現(xiàn)單相接地這種問題，系統(tǒng)就會出現(xiàn)比較大的零序電流。在電動機正常運行的時候，如果發(fā)現(xiàn)電動機內(nèi)的零序電流I0 >Ie 的N0 倍，則認為電動機發(fā)生零序過電流，經(jīng)過設(shè)定的時間后進行保護動作。保護判據(jù)為：

但是BDM-100內(nèi)置了處理三相電流數(shù)據(jù)的裝置來計算零序電流，不再需要單獨配置外部零序互感器，降低了很多成本。

1.5 三相電流不平衡保護

電動機的繞組如果發(fā)生匝間短路，就會出現(xiàn)三相不平衡電流。系統(tǒng)的三相不平衡電流不平衡度大于設(shè)定值的時候，就會激發(fā)三相不平衡保護，其判據(jù)為：

1.6 低電壓再起動

我國的電網(wǎng)電壓質(zhì)量不夠好，系統(tǒng)運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)短時間的電壓低谷，有可能會使電源接觸器跳開，從而導(dǎo)致電動機在短時間中丟失電源。這時，電動機轉(zhuǎn)動還沒有完全停止，在電壓恢復(fù)后，電動機需要重新啟動才能進入正常狀態(tài)。電動機處于常態(tài)時，接觸器處于閉合狀態(tài)，若系統(tǒng)電壓低于設(shè)定值Ud1，則解除器斷開，發(fā)生電壓陷落。如果設(shè)定時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)電壓高于設(shè)定值Ud2，就可以認為系統(tǒng)的電壓恢復(fù)了常態(tài)。

2 保護裝置的實現(xiàn)

2.1 硬件實現(xiàn)

雖然上面所說的低壓電動機保護的控制和保護效果比較有效，但是由于其在多數(shù)狀態(tài)下適用于380V系統(tǒng)，保護對象是低壓電動機，如果想要更廣泛地應(yīng)用和推廣，就要在保證性能和功能的條件下，盡可能地考慮保護裝置的成本，既要硬件簡單，又要方便組裝。

因此，裝置設(shè)計思路采用模塊化，每個部分的功能相對獨立，能夠簡單地完成每個模塊之間的邏輯組合。

2.2 軟件實現(xiàn)

軟件的設(shè)計同樣采取模塊化思路，每個模塊的功能之間是相互獨立的。這樣的設(shè)計可以在一定程度上保證軟件運行過程中的可靠性和高效性，有利于軟件的升級和換代。軟件設(shè)計時將模塊分為主程序、定時中斷程序、保護程序等部分。主程序模塊部分是軟件的主干模塊，在沒有發(fā)生中斷時，會按照主程序的設(shè)定流程往復(fù)運行。定時中斷模塊程序則會對即時模擬量進行轉(zhuǎn)換，檢測開關(guān)量并進行模擬量的運算；最后根據(jù)運算結(jié)果和開關(guān)量的狀態(tài)得出判據(jù)，調(diào)用動作邏輯和保護程序。

3 抗干擾措施

低壓電動機保護用于生產(chǎn)一線，經(jīng)常在惡劣環(huán)境下運行，不可避免地受到強電磁、高溫、高濕等條件的干擾，因此，要保證裝置的正常運行，就一定要有必要的抗干擾措施。為了減小互感器受到的干擾，裝置內(nèi)安置了有效的濾波和放大電路，應(yīng)對共模和差模的干擾影響，獲取有效的故障特征和信息，保障判據(jù)可用。裝置內(nèi)部的看門狗可以在系統(tǒng)異常時，幫助系統(tǒng)自動恢復(fù)到正常狀態(tài)，還能夠監(jiān)測電源電壓，出現(xiàn)異常值時發(fā)出警告。同時要合理布置低壓開關(guān)柜內(nèi)的各種原件，減小各種原件之間的信號干擾，還要占用更小的空間。最后在關(guān)鍵的回路和電路中還要增加磁珠等器件減小干擾信號的影響。

4 結(jié)束語

BDM-100型低壓電機保護裝置，在實際應(yīng)用中不僅具有全面的保護功能，滿足各種現(xiàn)場需求，可應(yīng)用于防爆電機；更具優(yōu)良的運行性能，在軟硬件和結(jié)構(gòu)方面都有別出心裁的工藝，能夠保證優(yōu)異的運行性能；而且各方面成本低廉，非常符合低壓電動機保護的要求。

參考文獻

[1]馬東海.低壓電機的保護和控制[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015，（17）：237.

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